JP6114074B2 - Power supply system - Google Patents

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Description

本発明は、負荷を有する複数のコンポーネントへの、電力供給システムに関する。 The present invention relates to a power supply system for a plurality of components having a load.

負荷に対して電力を供給する電力供給システムは、一例としては、電力供給源である商用電源やバッテリーに接続されたスイッチ素子を制御することにより、電力供給源から負荷への電力供給を制御するよう構成される(例えば、特許文献1を参照)。 As an example, a power supply system that supplies power to a load controls power supply from the power supply source to the load by controlling a commercial power source that is a power supply source or a switch element connected to the battery. (For example, refer patent document 1).

特開2010−206914号公報JP 2010-206914 A

電力供給源から負荷への電力供給を制御するスイッチ素子としては、大電力が必要な負荷への電力供給の場合、パワーMOSFETやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることが一般的である。また電子回路等の負荷への電力の供給の場合、薄膜トランジスタを用いることが一般的である。パワーMOSFET、IGBT及び薄膜トランジスタは、いずれもシリコンを含む材料で構成される。 As a switch element that controls power supply from a power supply source to a load, a power MOSFET or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is generally used for power supply to a load that requires a large amount of power. In the case of supplying electric power to a load such as an electronic circuit, it is common to use a thin film transistor. The power MOSFET, IGBT, and thin film transistor are all made of a material containing silicon.

シリコンを含む材料で構成されるスイッチ素子は、電力不使用時の待機電力が問題となる。この待機電力は電力不使用時にスイッチ素子を流れるリーク電流によるものであり、待機電力の増加は消費電力の増加に繋がる。従って、消費電力を低減するためには、スイッチ素子に流れるリーク電流を低減する必要がある。 A switch element made of a material containing silicon has a problem of standby power when power is not used. This standby power is due to a leak current flowing through the switch element when power is not used, and an increase in standby power leads to an increase in power consumption. Therefore, in order to reduce power consumption, it is necessary to reduce the leakage current flowing through the switch element.

このように従来のスイッチ素子では、待機時においてもスイッチ素子にリーク電流が流れてしまうので、実質的にノーマリー・オフの状態を作ることができなかった。 As described above, in the conventional switch element, a leak current flows through the switch element even during standby, so that a substantially normally-off state cannot be created.

上述したような技術的背景のもと、本発明は、スイッチ素子に流れるリーク電流を低減し、消費電力を小さく抑えることができる電力供給システムの提供を、課題の一つとする。 Based on the technical background as described above, an object of the present invention is to provide a power supply system that can reduce leakage current flowing through a switch element and reduce power consumption.

本発明の一態様に係る電力供給システムは、指令部と、電源線、負荷、及び電源線と負荷との電気的な接続を切り替えるスイッチ、を有する複数のコンポーネントと、を有し、指令部は、スイッチのオンまたはオフを個別に制御し、スイッチは、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタである。 A power supply system according to an aspect of the present invention includes a command unit, and a plurality of components including a power line, a load, and a switch that switches electrical connection between the power line and the load. The switch is individually controlled to be turned on or off, and the switch is a transistor including a semiconductor whose band gap is wider than that of silicon in a channel formation region.

或いは、本発明の一態様に係る電力供給システムは、第1の指令部と、第2の指令部と、電源線、負荷、及び電源線と負荷との電気的な接続を切り替えるスイッチ、を有する複数のコンポーネントと、を有し、第1の指令部は、第2の指令部を個別に制御し、第2の指令部は、スイッチのオンまたはオフを個別に制御し、スイッチは、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタである。 Alternatively, a power supply system according to one embodiment of the present invention includes a first command unit, a second command unit, a power line, a load, and a switch that switches an electrical connection between the power line and the load. A plurality of components, wherein the first command unit individually controls the second command unit, the second command unit individually controls on or off of the switch, and the switch forms a channel In the region, the transistor includes a semiconductor whose band gap is wider than that of silicon.

或いは、本発明の一態様に係る電力供給システムは、指令部と、第1の電源線、第1の負荷、及び第1の電源線と第1の負荷との電気的な接続を切り替える第1のスイッチ、を有するL個(Lは2以上の自然数)の第1のコンポーネントと、L個の第1のコンポーネントのいずれか一が有する第1の電源線より分配された第2の電源線、第2の負荷、及び第2の電源線と第2の負荷との電気的な接続を切り替える第2のスイッチ、を有するM個(Mは1以上の自然数)の第2のコンポーネントと、M個の第2のコンポーネントのいずれか一が有する第2の電源線より分配された第3の電源線、第3の負荷、及び第3の電源線と第3の負荷との電気的な接続を切り替える第3のスイッチ、を有するN個(Nは1以上の自然数)の第3のコンポーネントと、を有し、指令部は、第1のスイッチ乃至第3のスイッチのオンまたはオフを個別に制御し、第1のスイッチ乃至第3のスイッチは、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタである。 Alternatively, in the power supply system according to one aspect of the present invention, the command unit, the first power supply line, the first load, and the first power supply switching between the first power supply line and the first load are switched. A first power supply line distributed from a first power supply line of any one of the L first components, and an L number of first components (L is a natural number of 2 or more), M (M is a natural number of 1 or more) second components having a second load, and a second switch that switches electrical connection between the second power supply line and the second load, and M The third power line distributed from the second power line included in any one of the second components, the third load, and the electrical connection between the third power line and the third load are switched. N (N is a natural number greater than or equal to 1) third component having a third switch The command unit individually controls on / off of the first switch to the third switch, and the first switch to the third switch have a band gap in the channel formation region and silicon. It is a transistor including a wider semiconductor.

本発明の一態様により、スイッチ素子に流れるリーク電流を低減し、消費電力を小さく抑えることができる電力供給システムとすることができる。 According to one embodiment of the present invention, a power supply system that can reduce leakage current flowing through a switch element and reduce power consumption can be provided.

また、本発明の一態様におけるスイッチ素子は、待機時においてスイッチ素子にリーク電流が流れることのない、実質的に完全なオフ状態を作ることができる。そのため、本発明の一態様の電力供給システムは、完全なオフ状態を作ることのできるスイッチを初めて導入した電力供給システムであり、実質的にノーマリー・オフのシステムとすることができる。 In addition, the switch element according to one embodiment of the present invention can create a substantially complete OFF state in which leakage current does not flow through the switch element during standby. Therefore, the power supply system of one embodiment of the present invention is a power supply system in which a switch that can create a completely off state is first introduced, and can be a normally normally off system.

本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the electric power supply system which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the electric power supply system which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the electric power supply system which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the electric power supply system which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る電力供給システムの動作を示す図。The figure which shows operation | movement of the electric power supply system which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る電力供給システムの動作を示す図。The figure which shows operation | movement of the electric power supply system which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る電力供給システムの動作を示す図。The figure which shows operation | movement of the electric power supply system which concerns on 1 aspect of this invention. トランジスタの構成を示す図。FIG. 6 illustrates a structure of a transistor. 本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the electric power supply system which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the electric power supply system which concerns on 1 aspect of this invention.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below.

〈電力供給システムの構成について(1)〉
図1に、本発明の一態様に係る電力供給システムの構造を一例として示す。図1に示す電力供給システム100は、コンポーネント101−1乃至コンポーネント101−L(Lは2以上の自然数)と、コンポーネント101−1乃至コンポーネント101−Lへの電力の供給を個別に制御する指令部102とを有する。
<Configuration of power supply system (1)>
FIG. 1 illustrates an example of a structure of a power supply system according to one embodiment of the present invention. The power supply system 100 illustrated in FIG. 1 includes components 101-1 to 101-L (L is a natural number equal to or greater than 2) and a command unit that individually controls power supply to the components 101-1 to 101-L. 102.

コンポーネント101−1乃至コンポーネント101−Lは、電源線103と、電力を消費する負荷104と、電源線103と負荷104の電気的な接続を切り替えるスイッチ105とを、それぞれ有する。スイッチ105がオン(導通状態)であるとき、電源線103からスイッチ105を介して負荷104に電力が供給される。スイッチ105がオフ(非導通状態)であるとき、電源線103から負荷104への電力の供給は停止される。 Each of the components 101-1 to 101 -L includes a power line 103, a load 104 that consumes power, and a switch 105 that switches electrical connection between the power line 103 and the load 104. When the switch 105 is on (conductive state), power is supplied from the power supply line 103 to the load 104 via the switch 105. When the switch 105 is off (non-conducting state), power supply from the power supply line 103 to the load 104 is stopped.

なお、コンポーネント101−1乃至コンポーネント101−Lは、電源線103を共有していても良い。或いは、コンポーネント101−1乃至コンポーネント101−Lのうち、少なくとも1つのコンポーネントが、他のコンポーネントと異なる系統の電源線103を有していても良い。 Note that the components 101-1 to 101-L may share the power line 103. Alternatively, at least one of the components 101-1 to 101-L may have a power supply line 103 of a different system from the other components.

そして、本発明の一態様では、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広く、電子供与体(ドナー)となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠損が低減されることにより高純度化された半導体を含むトランジスタを、スイッチ105に用いる。上記トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを含むトランジスタよりも、オフ電流が著しく小さい。よって、本発明の一態様では、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタを、スイッチ105に用いることで、スイッチ105がオフであるときに、スイッチ105に流れるリーク電流により、電源線103から負荷104に電力が供給されてしまうのを防ぐことができる。 In one embodiment of the present invention, the channel formation region has a wider band gap than silicon, impurities such as moisture or hydrogen serving as an electron donor (donor) are reduced, and oxygen vacancies are reduced. A transistor including a purified semiconductor is used for the switch 105. The transistor has significantly lower off-state current than a transistor including silicon in a channel formation region. Therefore, in one embodiment of the present invention, a transistor including a semiconductor whose band gap is wider than that of silicon in a channel formation region is used for the switch 105, whereby leakage current flowing through the switch 105 when the switch 105 is off can It is possible to prevent power from being supplied from the power supply line 103 to the load 104.

また本発明の一態様では、スイッチ105を流れるオフ電流を著しく小さくすることで、負荷104側に蓄積された電荷を、負荷104の寄生容量で保持し続けることができる。そのため、再度スイッチをオンにして電力の供給を再開した際に、動作の復帰を高速に行うことができる。 In one embodiment of the present invention, the charge accumulated on the load 104 side can be held by the parasitic capacitance of the load 104 by significantly reducing the off-current flowing through the switch 105. Therefore, when the switch is turned on again and the supply of power is resumed, the operation can be restored at high speed.

なお、図1では、スイッチ105が一のトランジスタで構成されている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明の一態様では、スイッチ105が複数のトランジスタにより構成されていても良い。 Note that FIG. 1 illustrates the case where the switch 105 includes one transistor, but the present invention is not limited to this configuration. In one embodiment of the present invention, the switch 105 may include a plurality of transistors.

指令部102は、コンポーネント101−1乃至コンポーネント101−Lがそれぞれ有するスイッチ105のオンまたはオフを個別に制御する機能を有する。そして、コンポーネント101−1乃至コンポーネント101−Lのそれぞれにおける、スイッチ105のオンとオフの選択は、電力供給システム100の外部から指令部102に入力される命令に従って行うことができる。 The command unit 102 has a function of individually controlling ON / OFF of the switch 105 included in each of the components 101-1 to 101 -L. In each of the components 101-1 to 101 -L, whether the switch 105 is turned on or off can be selected according to a command input to the command unit 102 from the outside of the power supply system 100.

なお、コンポーネントが有する負荷が他のコンポーネントの負荷と相互作用して動作する場合、指令部102によるスイッチ105のオンまたはオフの制御を一斉に行う構成としてもよい。従って、本実施の形態の電力供給システムは、所定の目的を実現するために必要なコンポーネントに、動作に必要な期間だけ電力を供給し、一のコンポーネントが動作するとそれに応じて他のコンポーネントも同時または順次動作するように電力供給システムを駆動させることができる。 In addition, when the load which a component has interacts and operate | moves with the load of another component, it is good also as a structure which controls on / off of the switch 105 by the instruction | command part 102 all at once. Therefore, the power supply system according to the present embodiment supplies power to components necessary for realizing a predetermined purpose only for a period required for operation, and when one component operates, other components simultaneously respond accordingly. Alternatively, the power supply system can be driven to operate sequentially.

或いは、電力供給システム100が、負荷104における電力の消費量を監視できる電流計などを有し、負荷104における電力の量に応じて、負荷104への電力の供給が要か不要かを、指令部102において判断しても良い。例えば、一定の期間に渡って、負荷104における電力の消費量が、負荷104が待機状態の時に消費されるリーク電力と同程度である場合に、指令部102は、負荷104への電力の供給が不要であると、判断することができる。 Alternatively, the power supply system 100 has an ammeter or the like that can monitor the power consumption in the load 104, and commands whether or not the power supply to the load 104 is necessary or not according to the amount of power in the load 104. The determination may be made by the unit 102. For example, the command unit 102 supplies power to the load 104 when the power consumption of the load 104 is approximately the same as the leakage power consumed when the load 104 is in a standby state over a certain period. Can be determined to be unnecessary.

或いは、電力供給システム100がセンサ回路を有し、当該センサ回路において取得される光、音、温度、磁気、圧力などの物理量を用いて負荷104の利用環境及び/または周囲環境を監視し、該監視による変化に応じて、負荷104への電力の供給が要か不要かを、指令部102において判断しても良い。この場合、指令部102は、電力の供給が要か不要かの判断結果に従って、スイッチ105のオンとオフの選択を行う。 Alternatively, the power supply system 100 includes a sensor circuit, and monitors the usage environment and / or the surrounding environment of the load 104 using physical quantities such as light, sound, temperature, magnetism, and pressure acquired in the sensor circuit. The command unit 102 may determine whether power supply to the load 104 is necessary or unnecessary in accordance with a change due to monitoring. In this case, the command unit 102 selects ON / OFF of the switch 105 according to the determination result of whether or not power supply is necessary.

例えば、本発明の一態様に係る電力供給システム100を家屋に適用させ、家屋に設けられた照明、電気ヒーター、空気清浄機などの家電が各コンポーネントに相当するものとする。この場合、光センサを有するセンサ回路を用いて、照明が用いられている部屋の明るさを監視する。そして、窓から差し込む光の量が変化することで部屋がある規定値よりも明るくなった場合に、指令部102は、照明への電力の供給を停止すべく、照明のスイッチ105をオンからオフに変更させることができる。 For example, the power supply system 100 according to one embodiment of the present invention is applied to a house, and home appliances such as lighting, an electric heater, and an air cleaner provided in the house correspond to the components. In this case, the brightness of the room where the illumination is used is monitored using a sensor circuit having an optical sensor. Then, when the amount of light entering from the window changes and the room becomes brighter than a specified value, the command unit 102 turns the illumination switch 105 from on to off in order to stop supplying power to the illumination. Can be changed.

或いは、温度センサを有するセンサ回路を用いて、具体的には、電気ヒーターが用いられている部屋の温度を監視する。そして、外気温が変化することで部屋の温度がある規定値よりも高くなった場合に、指令部102は、電気ヒーターへの電力の供給を停止すべく、電気ヒーターのスイッチ105をオンからオフに変更させることができる。 Or the temperature of the room where the electric heater is used is specifically monitored using the sensor circuit which has a temperature sensor. When the outside temperature changes and the room temperature becomes higher than a predetermined value, the command unit 102 turns the electric heater switch 105 from on to off in order to stop the power supply to the electric heater. Can be changed.

或いは、光センサを有するセンサ回路を用いて、空気清浄機が用いられている部屋の使用状況を監視する。そして、一定期間、センサ回路により人の動きが感知できなかった場合に、指令部102は、空気清浄機への電力の供給を停止すべく、空気清浄機のスイッチ105をオンからオフに変更させることができる。 Alternatively, the use state of the room where the air purifier is used is monitored using a sensor circuit having an optical sensor. Then, when the movement of the person is not detected by the sensor circuit for a certain period, the command unit 102 changes the switch 105 of the air purifier from on to off in order to stop the power supply to the air purifier. be able to.

なお、上記家電がコンポーネントに相当する場合、スイッチ105は各家電に内蔵されている。家電の外部にスイッチ105が設けられている場合、家電は負荷104に相当し、コンポーネントは、負荷104である家電とスイッチ105とを含むものとする。 In addition, when the said household appliance corresponds to a component, the switch 105 is incorporated in each household appliance. When the switch 105 is provided outside the home appliance, the home appliance corresponds to the load 104, and the component includes the home appliance that is the load 104 and the switch 105.

また各コンポーネントが独立して備えられている場合、指令部102によるスイッチ105のオンとオフの選択は、無線信号を用いて行うようにすればよい。この場合、スイッチ105は、指令部102からのスイッチの状態を変更するための信号を保持する構成とすることが好ましい。 If each component is provided independently, the command unit 102 may select whether the switch 105 is turned on or off using a radio signal. In this case, the switch 105 is preferably configured to hold a signal for changing the state of the switch from the command unit 102.

また、センサ回路は、センサと、センサから出力されるセンサ信号を処理するための回路群で構成されている。そして、センサとして、温度センサ、磁気センサ、光センサ、マイクロフォン、歪みゲージ、圧力センサ、ガスセンサなどを用いることができる。温度センサは測温抵抗体、サーミスタ、熱電対、IC温度センサなどの接触式であっても良いし、熱型赤外線センサ、量子型赤外線センサなどの非接触式であっても良い。 The sensor circuit includes a sensor and a circuit group for processing a sensor signal output from the sensor. As a sensor, a temperature sensor, a magnetic sensor, an optical sensor, a microphone, a strain gauge, a pressure sensor, a gas sensor, or the like can be used. The temperature sensor may be a contact type such as a resistance temperature detector, thermistor, thermocouple, or IC temperature sensor, or may be a non-contact type such as a thermal infrared sensor or a quantum infrared sensor.

図1に示す電力供給システム100がセンサ回路を具備するブロック図を図9に示す。図9に示すように、センサ回路901は、物理量に関するデータを指令部102に送信する。指令部102は、センサ回路901で取得する物理量を監視し、負荷104への電力の供給が要か不要か判断する。 FIG. 9 shows a block diagram in which the power supply system 100 shown in FIG. 1 includes a sensor circuit. As illustrated in FIG. 9, the sensor circuit 901 transmits data relating to the physical quantity to the command unit 102. The command unit 102 monitors the physical quantity acquired by the sensor circuit 901 and determines whether power supply to the load 104 is necessary or unnecessary.

なお、各コンポーネントが独立して備えられている場合、コンポーネント毎にセンサ回路を設け、センサ回路で得られたデータを無線信号により指令部102に送信するようにすればよい。コンポーネント毎にセンサ回路を設ける場合の、図9とは異なるブロック図を図10に示す。図10に示すように、センサ回路700は、各コンポーネントに設けられ、物理量に関するデータを個別に指令部102に送信する。指令部102は、各コンポーネントに設けられたセンサ回路700で取得する物理量を監視し、負荷104への電力の供給が要か不要か判断する。 If each component is provided independently, a sensor circuit may be provided for each component, and data obtained by the sensor circuit may be transmitted to the command unit 102 by a wireless signal. FIG. 10 shows a block diagram different from FIG. 9 in the case where a sensor circuit is provided for each component. As shown in FIG. 10, the sensor circuit 700 is provided in each component, and individually transmits data regarding physical quantities to the command unit 102. The command unit 102 monitors the physical quantity acquired by the sensor circuit 700 provided in each component, and determines whether or not it is necessary to supply power to the load 104.

なおコンポーネントは、コンピュータ、検知器、テレビジョン等の電子機器や、コンピュータシステムを構成する機器(CPU、メモリ、HDD、プリンタ、モニター)や自動車に組み込まれる電気制御機器であってもよい。或いは、CPUや半導体メモリのようなLSIの内部構成であってもよい。なおここで、コンピュータとは、タブレット型のコンピュータや、ノート型のコンピュータや、デスクトップ型のコンピュータの他、サーバシステムのような大型のコンピュータを含むものである。 The component may be an electronic device such as a computer, a detector, or a television, a device (CPU, memory, HDD, printer, monitor) constituting a computer system, or an electric control device incorporated in an automobile. Alternatively, an internal configuration of an LSI such as a CPU or a semiconductor memory may be used. Here, the computer includes a tablet computer, a notebook computer, a desktop computer, and a large computer such as a server system.

またコンポーネントの概念は、電力供給により動作する電子機器の他、電力供給システムが必要な、社会インフラ、住宅等の広い概念にも適用可能である。 The concept of components can also be applied to a wide range of concepts such as social infrastructures and houses that require a power supply system in addition to electronic devices that operate by power supply.

ここで、本発明の一態様である電力供給システムを社会インフラ等の広い概念に適用する場合の、具体的な適用対象を例示する。例えば、社会インフラに本発明の一態様である電力供給システムを適用する場合、図1に示すコンポーネントとしては鉄道、港湾、道路等を挙げることができ、指令部としては変電所または発電所等を挙げることができる。また別の例として、図1に示すコンポーネントとしては、建物の部屋や階層等のセクションを挙げることができ、指令部として電源管理施設や配電盤等を挙げることができる。 Here, a specific application target in the case where the power supply system which is one embodiment of the present invention is applied to a wide concept such as social infrastructure is illustrated. For example, when the power supply system according to one aspect of the present invention is applied to social infrastructure, the components shown in FIG. 1 can include railways, harbors, roads, etc., and the command section can be a substation or a power plant. Can be mentioned. As another example, the components shown in FIG. 1 can include sections such as a room and a hierarchy of a building, and the command unit can include a power management facility, a switchboard, and the like.

〈電力供給システムの構成について(2)〉
図2に、本発明の一態様に係る電力供給システムの、別の構造の一例を示す。図2に示す電力供給システム200は、第1コンポーネント201−1乃至第1コンポーネント201−L(Lは2以上の自然数)と、第1コンポーネント201−1乃至第1コンポーネント201−Lへの電力の供給を個別に制御する第1指令部202−1とを有する。図2では、第1コンポーネント201−1と、第1コンポーネント201−2の一部のみを図示している。
<Configuration of power supply system (2)>
FIG. 2 illustrates an example of another structure of the power supply system according to one embodiment of the present invention. The power supply system 200 illustrated in FIG. 2 includes the first component 201-1 to the first component 201-L (L is a natural number of 2 or more) and the power to the first component 201-1 to the first component 201-L. And a first command unit 202-1 for individually controlling the supply. FIG. 2 illustrates only the first component 201-1 and a part of the first component 201-2.

そして、電力供給システム200では、第1コンポーネント201−1乃至第1コンポーネント201−Lのそれぞれが、複数の第2コンポーネントと、複数の第2コンポーネントへの電力の供給を個別に制御する第2指令部202−2を有する。具体的に、図2では、第1コンポーネント201−1が第2コンポーネント206−1乃至第2コンポーネント206−M(Mは2以上の自然数)を有する場合を例示している。 In the power supply system 200, each of the first component 201-1 to the first component 201-L individually controls the plurality of second components and the supply of power to the plurality of second components. Part 202-2. Specifically, FIG. 2 illustrates a case where the first component 201-1 includes the second component 206-1 to the second component 206-M (M is a natural number of 2 or more).

なお、第1コンポーネント201−1乃至第1コンポーネント201−Lのそれぞれが有する複数の第2コンポーネントの数は、必ずしも全て同じである必要はない。 Note that the number of the plurality of second components included in each of the first component 201-1 to the first component 201-L is not necessarily the same.

そして、複数の第2コンポーネントは、図2の第2コンポーネント206−1乃至第2コンポーネント206−Mに例示されているとおり、電源線203と、電力を消費する負荷204と、電源線203と負荷204の電気的な接続を切り替えるスイッチ205とを、それぞれ有する。スイッチ205がオンであるとき、電源線203からスイッチ205を介して負荷204に電力が供給される。スイッチ205がオフであるとき、電源線203から負荷204への電力の供給は停止される。 As illustrated in the second component 206-1 to the second component 206-M in FIG. 2, the plurality of second components include the power line 203, the load 204 that consumes power, the power line 203, and the load. And a switch 205 for switching the electrical connection 204. When the switch 205 is on, power is supplied from the power line 203 to the load 204 via the switch 205. When the switch 205 is off, the supply of power from the power line 203 to the load 204 is stopped.

第2コンポーネント206−1乃至第2コンポーネント206−Mは、電源線203を共有していても良い。或いは、第2コンポーネント206−1乃至第2コンポーネント206−Mのうち、少なくとも1つの第2コンポーネントが、他の第2コンポーネントと異なる系統の電源線203を有していても良い。また、一の第1コンポーネントが有する複数の第2コンポーネントの少なくとも1つが、他の第1コンポーネントが有する複数の第2コンポーネントの少なくとも1つと、電源線203を共有していても良い。 The second component 206-1 to the second component 206-M may share the power line 203. Alternatively, at least one second component among the second component 206-1 to the second component 206 -M may have a power supply line 203 of a different system from the other second components. Further, at least one of the plurality of second components included in one first component may share the power line 203 with at least one of the plurality of second components included in the other first component.

そして、本発明の一態様では、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタを、スイッチ205に用いる。上記トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを含むトランジスタよりも、オフ電流が著しく小さい。よって、本発明の一態様では、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタを、スイッチ205に用いることで、スイッチ205がオフであるときに、スイッチ205に流れるリーク電流により、電源線203から負荷204に電力が供給されてしまうのを防ぐことができる。 In one embodiment of the present invention, a transistor including a semiconductor whose band gap is wider than that of silicon is used for the switch 205 in a channel formation region. The transistor has significantly lower off-state current than a transistor including silicon in a channel formation region. Therefore, in one embodiment of the present invention, when a transistor including a semiconductor whose band gap is wider than that of silicon in a channel formation region is used for the switch 205, leakage current flowing in the switch 205 when the switch 205 is off It is possible to prevent power from being supplied from the power supply line 203 to the load 204.

また本発明の一態様では、スイッチ205を流れるオフ電流を著しく小さくすることで、負荷204側に蓄積された電荷を、負荷204の寄生容量で保持し続けることができる。そのため、再度スイッチ205をオンにして電力の供給を再開した際に、動作の復帰を高速に行うことができる。 In one embodiment of the present invention, the charge accumulated on the load 204 side can be held by the parasitic capacitance of the load 204 by significantly reducing the off-current flowing through the switch 205. Therefore, when the switch 205 is turned on again and the supply of power is resumed, the operation can be restored at high speed.

なお、図2では、スイッチ205が一のトランジスタで構成されている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明の一態様では、スイッチ205が複数のトランジスタにより構成されていても良い。 Note that FIG. 2 illustrates the case where the switch 205 includes one transistor, but the present invention is not limited to this configuration. In one embodiment of the present invention, the switch 205 may include a plurality of transistors.

第1指令部202−1は、第1コンポーネント201−1乃至第1コンポーネント201−Lがそれぞれ有する複数の第2コンポーネントにおいて、負荷204への電力の供給が要か不要かを、第1コンポーネントごとに判断する。上記判断は、図1の電力供給システム100が有する指令部102の場合と同様に、電力供給システム200の外部から入力される命令によって決定されていても良いし、負荷204における電力の消費量を監視することで行われても良いし、センサ回路において取得される物理量を用いて行われても良い。 The first command unit 202-1 determines whether power supply to the load 204 is necessary or unnecessary for each of the plurality of second components included in each of the first component 201-1 to the first component 201-L. Judgment. As in the case of the command unit 102 included in the power supply system 100 of FIG. 1, the above determination may be determined by a command input from the outside of the power supply system 200, and the power consumption in the load 204 may be determined. It may be performed by monitoring, or may be performed using a physical quantity acquired in the sensor circuit.

さらに、第1コンポーネント201−1乃至第1コンポーネント201−Lがそれぞれ有する第2指令部202−2は、複数の第2コンポーネントにおいて、負荷204への電力の供給が要か不要かを第2コンポーネントごとに判断する。上記判断は、図1の電力供給システム100が有する指令部102の場合と同様に、電力供給システム200の外部から入力される命令によって決定されていても良いし、負荷204における電力の消費量を監視することで行われても良いし、センサ回路において取得される物理量を用いて行われても良い。 Further, the second command unit 202-2 included in each of the first component 201-1 to the first component 201-L determines whether the supply of power to the load 204 is necessary or unnecessary in the plurality of second components. Judge every. As in the case of the command unit 102 included in the power supply system 100 of FIG. 1, the above determination may be determined by a command input from the outside of the power supply system 200, and the power consumption in the load 204 may be determined. It may be performed by monitoring, or may be performed using a physical quantity acquired in the sensor circuit.

第2指令部202−2による、負荷204への電力の供給が要か不要かの判断は、第1指令部202−1において電力の供給が要と判断された第1コンポーネントに属する、複数の第2コンポーネントにおいて行うようにする。 The determination by the second command unit 202-2 whether or not it is necessary to supply power to the load 204 includes a plurality of components belonging to the first component that is determined to require power supply by the first command unit 202-1. This is done in the second component.

第2指令部202−2は、電力の供給が要か不要かの判断結果に従って、複数の第2コンポーネントにおけるスイッチ205のオンとオフの選択を、個別に行う。 The second command unit 202-2 individually selects ON / OFF of the switch 205 in the plurality of second components according to the determination result of whether power supply is necessary or not.

なお、第2コンポーネントが有する負荷204が他の第2コンポーネントの負荷204と相互作用して動作する場合、第1指令部202−1または第2指令部202−2によるスイッチ205のオンまたはオフの制御を、一斉に行う構成としてもよい。 When the load 204 of the second component operates by interacting with the load 204 of another second component, the switch 205 is turned on or off by the first command unit 202-1 or the second command unit 202-2. It is good also as a structure which controls all at once.

また、各第2コンポーネントがそれぞれ独立して備えられている場合、第1指令部202−1または第2指令部202−2によるスイッチのオンとオフの選択は、無線信号を用いて行うようにすればよい。この場合、スイッチは、第1指令部202−1または第2指令部202−2からのスイッチの状態を変更するための信号を保持する構成とすることが好ましい。 In addition, when each second component is provided independently, the switch on / off selection by the first command unit 202-1 or the second command unit 202-2 is performed using a radio signal. do it. In this case, it is preferable that the switch be configured to hold a signal for changing the state of the switch from the first command unit 202-1 or the second command unit 202-2.

また、各第2コンポーネントがそれぞれ独立して備えられている場合、第2コンポーネント毎にセンサ回路を設け、センサ回路で得られたデータを無線信号により第1指令部202−1または第2指令部202−2に送信するようにすればよい。 Further, when each second component is provided independently, a sensor circuit is provided for each second component, and the data obtained by the sensor circuit is transmitted by radio signal to the first command unit 202-1 or the second command unit. What is necessary is just to make it transmit to 202-2.

〈電力供給システムの構成について(3)〉
図3に、本発明の一態様に係る電力供給システムの、別の構造の一例を示す。図3に示す電力供給システム300は、第1コンポーネント301−1乃至第1コンポーネント301−Lと、第1コンポーネント301−1乃至第1コンポーネント301−Lへの電力の供給を個別に制御する第1指令部302−1と、を有する。図3では、第1コンポーネント301−1と、第1コンポーネント301−2の一部のみを図示している。
<Configuration of power supply system (3)>
FIG. 3 illustrates an example of another structure of the power supply system according to one embodiment of the present invention. The power supply system 300 illustrated in FIG. 3 is a first component that individually controls power supply to the first component 301-1 to the first component 301 -L and the first component 301-1 to the first component 301 -L. A command unit 302-1. FIG. 3 illustrates only the first component 301-1 and a part of the first component 301-2.

また、電力供給システム300は、第1コンポーネント301−1乃至第1コンポーネント301−Lのそれぞれが、複数の第2コンポーネントと、複数の第2コンポーネントへの電力の供給を個別に制御する第2指令部302−2を有する。具体的に、図3では、第1コンポーネント301−1が、第2コンポーネント306−1乃至第2コンポーネント306−Mを有する場合を例示している。 The power supply system 300 also includes a second command in which each of the first component 301-1 to the first component 301-L individually controls power supply to the plurality of second components and the plurality of second components. Part 302-2. Specifically, FIG. 3 illustrates a case where the first component 301-1 includes the second component 306-1 to the second component 306-M.

なお、第1コンポーネント301−1乃至第1コンポーネント301−Lのそれぞれが有する複数の第2コンポーネントの数は、必ずしも全て同じである必要はない。 Note that the numbers of the plurality of second components included in each of the first component 301-1 to the first component 301-L are not necessarily the same.

そして、電力供給システム300は、複数の第2コンポーネントのそれぞれが、複数の第3コンポーネントと、複数の第3コンポーネントへの電力の供給を個別に制御する第3指令部302−3を有する。具体的に、図3では、第2コンポーネント306−1が、第3コンポーネント307−1乃至第3コンポーネント307−N(Nは2以上の自然数)を有する場合を例示している。 In the power supply system 300, each of the plurality of second components includes a plurality of third components and a third command unit 302-3 that individually controls power supply to the plurality of third components. Specifically, FIG. 3 illustrates a case where the second component 306-1 includes a third component 307-1 to a third component 307-N (N is a natural number of 2 or more).

なお、複数の第2コンポーネントがそれぞれ有する複数の第3コンポーネントの数は、必ずしも全て同じである必要はない。 Note that the numbers of the plurality of third components included in the plurality of second components are not necessarily the same.

そして、図3では図示してはいないが、複数の第3コンポーネントは、図1に示した第1コンポーネント、及び図2に示した第2コンポーネントと同様に、電源線と、電力を消費する負荷と、電源線と負荷の電気的な接続を切り替えるスイッチとを、それぞれ有する。スイッチがオンであるとき、電源線からスイッチを介して負荷に電力が供給される。スイッチがオフであるとき、電源線から負荷への電力の供給は停止される。 Although not shown in FIG. 3, the plurality of third components include a power line and a load that consumes power, like the first component shown in FIG. 1 and the second component shown in FIG. 2. And a switch for switching electrical connection between the power supply line and the load. When the switch is on, power is supplied from the power line to the load via the switch. When the switch is off, the supply of power from the power line to the load is stopped.

第3コンポーネント307−1乃至第3コンポーネント307−Nは、電源線を共有していても良い。或いは、第3コンポーネント307−1乃至第3コンポーネント307−Nのうち、少なくとも1つの第3コンポーネントが、他の第3コンポーネントと異なる系統の電源線を有していても良い。また、互いに異なる第2コンポーネントに属する第3コンポーネントどうしが、或いは、互いに異なる第1コンポーネントに属する第3コンポーネントどうしが、電源線を共有していても良い。 The third component 307-1 to the third component 307-N may share a power line. Alternatively, at least one third component among the third components 307-1 to 307-N may have a power supply line of a different system from the other third components. Further, third components belonging to different second components or third components belonging to different first components may share a power line.

そして、本発明の一態様では、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広く、電子供与体(ドナー)となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠損が低減されることにより高純度化された半導体を含むトランジスタを、スイッチに用いる。上記トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを含むトランジスタよりも、オフ電流が著しく小さい。よって、本発明の一態様では、スイッチがオフであるときに、スイッチに流れるリーク電流により、電源線から負荷に電力が供給されてしまうのを防ぐことができる。 In one embodiment of the present invention, the channel formation region has a wider band gap than silicon, impurities such as moisture or hydrogen serving as an electron donor (donor) are reduced, and oxygen vacancies are reduced. A transistor including a purified semiconductor is used for the switch. The transistor has significantly lower off-state current than a transistor including silicon in a channel formation region. Thus, according to one embodiment of the present invention, when the switch is off, leakage current flowing through the switch can prevent power from being supplied from the power supply line to the load.

また本発明の一態様では、スイッチを流れるオフ電流を著しく小さくすることで、負荷側に蓄積された電荷を、負荷の寄生容量で保持し続けることができる。そのため、再度スイッチをオンにして電力の供給を再開した際に、動作の復帰を高速に行うことができる。 In one embodiment of the present invention, the charge accumulated on the load side can be held by the parasitic capacitance of the load by significantly reducing the off-current flowing through the switch. Therefore, when the switch is turned on again and the supply of power is resumed, the operation can be restored at high speed.

第1指令部302−1は、第1コンポーネント301−1乃至第1コンポーネント301−Lがそれぞれ有する複数の第3コンポーネントにおける負荷への電力の供給が要か不要かを、第1コンポーネントごとに判断する。上記判断は、図1の電力供給システム100が有する指令部102の場合と同様に、電力供給システム300の外部から入力される命令によって決定されていても良いし、負荷における電力の消費量を監視することで行われても良いし、センサ回路において取得される物理量を用いて行われても良い。 The first command unit 302-1 determines, for each first component, whether or not it is necessary to supply power to the loads in the plurality of third components of the first component 301-1 to the first component 301-L. To do. As in the case of the command unit 102 included in the power supply system 100 of FIG. 1, the above determination may be determined by a command input from the outside of the power supply system 300, and the power consumption in the load is monitored. This may be performed by using a physical quantity acquired by the sensor circuit.

さらに、第1コンポーネント301−1乃至第1コンポーネント301−Lがそれぞれ有する第2指令部302−2は、複数の第3コンポーネントにおける負荷への電力の供給が要か不要かを第2コンポーネントごとに判断する。上記判断は、図1の電力供給システム100が有する指令部102の場合と同様に、電力供給システム300の外部から入力される命令によって決定されていても良いし、負荷における電力の消費量を監視することで行われても良いし、センサ回路において取得される物理量を用いて行われても良い。 Further, the second command unit 302-2 included in each of the first component 301-1 to the first component 301-L determines whether power supply to the load in the plurality of third components is necessary or unnecessary for each second component. to decide. As in the case of the command unit 102 included in the power supply system 100 of FIG. 1, the above determination may be determined by a command input from the outside of the power supply system 300, and the power consumption in the load is monitored. This may be performed by using a physical quantity acquired by the sensor circuit.

第2指令部302−2による、負荷への電力の供給が要か不要かの判断は、第1指令部302−1において電力の供給が要と判断された第1コンポーネントに属する、複数の第2コンポーネントにおいて行うようにする。 The determination by the second command unit 302-2 whether or not the supply of power to the load is necessary or not is based on a plurality of second components belonging to the first component that is determined to require the supply of power by the first command unit 302-1. Do this in two components.

さらに、第2コンポーネント306−1乃至第2コンポーネント306−Mがそれぞれ有する第3指令部302−3は、複数の第3コンポーネントにおいて、負荷への電力の供給が要か不要かを第3コンポーネントごとに判断する。上記判断は、図1の電力供給システム100が有する指令部102の場合と同様に、電力供給システム300の外部から入力される命令によって決定されていても良いし、負荷における電力の消費量を監視することで行われても良いし、センサ回路において取得される物理量を用いて行われても良い。 Further, the third command unit 302-3 included in each of the second component 306-1 to the second component 306-M determines whether the supply of power to the load is necessary or unnecessary for each of the third components. Judgment. As in the case of the command unit 102 included in the power supply system 100 of FIG. 1, the above determination may be determined by a command input from the outside of the power supply system 300, and the power consumption in the load is monitored. This may be performed by using a physical quantity acquired by the sensor circuit.

第3指令部302−3による、負荷への電力の供給が要か不要かの判断は、第2指令部302−2において電力の供給が要と判断された第2コンポーネントに属する、複数の第3コンポーネントにおいて行うようにする。 The determination by the third command unit 302-3 whether or not it is necessary to supply power to the load is based on a plurality of second components belonging to the second component determined to require power supply by the second command unit 302-2. This is done in three components.

第3指令部302−3は、電力の供給が要か不要かの判断結果に従って、複数の第3コンポーネントにおけるスイッチのオンとオフの選択を、個別に行う。 The third command unit 302-3 individually performs on / off switching of the plurality of third components according to the determination result of whether or not power supply is necessary.

なお、第3コンポーネントが有する負荷が他の第3コンポーネントの負荷と相互作用して動作する場合、第1指令部302−1、第2指令部302−2、または第3指令部302−3によるスイッチのオンまたはオフの制御を、一斉に行う構成としてもよい。 When the load of the third component operates by interacting with the load of the other third component, the first command unit 302-1, the second command unit 302-2, or the third command unit 302-3 A configuration may be adopted in which the on / off control of the switches is performed all at once.

また第3コンポーネント307−1乃至第3コンポーネント307−Nがそれぞれ独立して備えられている場合、第1指令部302−1、第2指令部302−2、または第3指令部302−3によるスイッチのオンとオフの選択は、無線信号を用いて行うようにすればよい。この場合、スイッチは、第1指令部302−1、第2指令部302−2、または第3指令部302−3からのスイッチの状態を変更するための信号を保持する構成とすることが好ましい。 When the third component 307-1 to the third component 307-N are provided independently, the first command unit 302-1, the second command unit 302-2, or the third command unit 302-3 The on / off selection of the switch may be performed using a radio signal. In this case, the switch is preferably configured to hold a signal for changing the state of the switch from the first command unit 302-1, the second command unit 302-2, or the third command unit 302-3. .

また、第3コンポーネント307−1乃至第3コンポーネント307−Nがそれぞれ独立して備えられている場合、第3コンポーネント毎にセンサ回路を設け、センサ回路で得られたデータを無線信号により第1指令部302−1、第2指令部302−2、または第3指令部302−3に送信するようにすればよい。 In addition, when the third component 307-1 to the third component 307-N are provided independently, a sensor circuit is provided for each third component, and the data obtained by the sensor circuit is transmitted to the first command by a radio signal. What is necessary is just to transmit to the part 302-1, the 2nd instruction | command part 302-2, or the 3rd instruction | command part 302-3.

〈電力供給システムの構成について(4)〉
図4に、本発明の一態様に係る電力供給システムの、別の構造の一例を示す。図4に示す電力供給システム400は、指令部500と、複数の第1コンポーネントと、複数の第2コンポーネントと、複数の第3コンポーネントとを有する。
<Configuration of power supply system (4)>
FIG. 4 illustrates an example of another structure of the power supply system according to one embodiment of the present invention. The power supply system 400 illustrated in FIG. 4 includes a command unit 500, a plurality of first components, a plurality of second components, and a plurality of third components.

図4では図示してはいないが、電力供給システム400では、複数の第1コンポーネント、複数の第2コンポーネント、複数の第3コンポーネントの全てが、図1に示した第1コンポーネント、図2に示した第2コンポーネント、及び図3に示した第3コンポーネントと同様に、電源線と、電力を消費する負荷と、電源線と負荷の電気的な接続を切り替えるスイッチとを、それぞれ有する。そして、スイッチがオンであるとき、電源線からスイッチを介して負荷に電力が供給される。スイッチがオフであるとき、電源線から負荷への電力の供給は停止される。 Although not shown in FIG. 4, in the power supply system 400, all of the plurality of first components, the plurality of second components, and the plurality of third components are all shown in the first component shown in FIG. 1 and FIG. 2. Similarly to the second component and the third component shown in FIG. 3, each has a power line, a load that consumes power, and a switch that switches electrical connection between the power line and the load. When the switch is on, power is supplied from the power line to the load via the switch. When the switch is off, the supply of power from the power line to the load is stopped.

本発明の一態様では、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広く、電子供与体(ドナー)となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠損が低減されることにより高純度化された半導体を含むトランジスタを、スイッチに用いる。上記トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを含むトランジスタよりも、オフ電流が著しく小さい。よって、本発明の一態様では、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタを、スイッチに用いることで、スイッチがオフであるときに、スイッチに流れるリーク電流により、電源線から負荷に電力が供給されてしまうのを防ぐことができる。 In one embodiment of the present invention, the channel formation region has a wider band gap than silicon, impurities such as water or hydrogen serving as an electron donor (donor) are reduced, and oxygen vacancies are reduced, so that the purity is increased. A transistor including the formed semiconductor is used for the switch. The transistor has significantly lower off-state current than a transistor including silicon in a channel formation region. Therefore, in one embodiment of the present invention, a transistor including a semiconductor whose band gap is wider than that of silicon in a channel formation region is used for a switch, so that when a switch is off, leakage current flowing in the switch It is possible to prevent power from being supplied to the load.

また本発明の一態様では、スイッチを流れるオフ電流を著しく小さくすることで、負荷側に蓄積された電荷を、負荷の寄生容量で保持し続けることができる。そのため、再度スイッチをオンにして電力の供給を再開した際に、動作の復帰を高速に行うことができる。 In one embodiment of the present invention, the charge accumulated on the load side can be held by the parasitic capacitance of the load by significantly reducing the off-current flowing through the switch. Therefore, when the switch is turned on again and the supply of power is resumed, the operation can be restored at high speed.

そして、電力供給システム400では、複数の第2コンポーネントのうち、いずれか複数の第2コンポーネントがそれぞれ有する電源線が、一の第1コンポーネントが有する電源線から分配されたものとする。 Then, in the power supply system 400, it is assumed that the power lines of each of the plurality of second components are distributed from the power lines of the first component.

具体的に、図4では、第1コンポーネント501−1乃至第1コンポーネント501−Lのうち、第1コンポーネント501−1が有する電源線から分配された電源線を有する第2コンポーネント502−1乃至第2コンポーネント502−Mと、第2コンポーネント502−1が有する電源線から分配された電源線を有する第3コンポーネント503−1乃至第3コンポーネント503−Nと、を図示している。 Specifically, in FIG. 4, among the first component 501-1 to the first component 501-L, the second component 502-1 to the second component 502-1 having the power supply line distributed from the power supply line of the first component 501-1. The second component 502-M and the third component 503-1 to the third component 503-N having power supply lines distributed from the power supply lines of the second component 502-1 are illustrated.

なお、第1コンポーネント501−1乃至第1コンポーネント501−Lのそれぞれに対応する複数の第2コンポーネントの数は、必ずしも全て同じである必要はない。また、複数の第2コンポーネントのそれぞれに対応する複数の第3コンポーネントの数は、必ずしも全て同じである必要はない。 Note that the number of the plurality of second components corresponding to each of the first component 501-1 to the first component 501-L is not necessarily the same. In addition, the number of the plurality of third components corresponding to each of the plurality of second components is not necessarily the same.

電力供給システム400では、指令部500が、複数の第1コンポーネントと、複数の第2コンポーネントと、複数の第3コンポーネントとにおいて、負荷への電力の供給が要か不要かを、個別に判断する。上記判断は、図1の電力供給システム100が有する指令部102の場合と同様に、電力供給システム400の外部から入力される命令によって決定されていても良いし、負荷における電力の消費量を監視することで行われても良いし、センサ回路において取得される物理量を用いて行われても良い。 In the power supply system 400, the command unit 500 individually determines whether power supply to the load is necessary or unnecessary for the plurality of first components, the plurality of second components, and the plurality of third components. . As in the case of the command unit 102 included in the power supply system 100 of FIG. 1, the above determination may be determined by a command input from the outside of the power supply system 400, and the power consumption in the load is monitored. This may be performed by using a physical quantity acquired by the sensor circuit.

なお、第1乃至第3コンポーネントのうち、いずれかのコンポーネントが有する負荷が他のいずれかのコンポーネントの負荷と相互作用して動作する場合、指令部500によるスイッチのオンまたはオフの制御を、一斉に行う構成としてもよい。 In addition, when the load of any one of the first to third components operates by interacting with the load of any other component, the on / off control of the switch by the command unit 500 is performed simultaneously. It is good also as a structure performed to.

次いで、電力供給システム400の動作の一例について説明する。図5では、全てのコンポーネントのうち、第3コンポーネント503−1及び第3コンポーネント503−3において、指令部500からの命令に従いスイッチがオフになり、負荷への電力の供給が停止されている。 Next, an example of the operation of the power supply system 400 will be described. In FIG. 5, among all the components, in the third component 503-1 and the third component 503-3, the switch is turned off in accordance with the command from the command unit 500, and the supply of power to the load is stopped.

また、図6では、全てのコンポーネントのうち、第2コンポーネント502−1と、第2コンポーネント502−1の電源線から分配された電源線をそれぞれ有する第3コンポーネント503−1乃至第3コンポーネント503−Nにおいて、指令部500からの命令に従いスイッチがオフになり、負荷への電力の供給が停止されている。 In FIG. 6, among all the components, the second component 502-1 and the third component 503-1 to the third component 503- each having power supply lines distributed from the power supply lines of the second component 502-1. At N, the switch is turned off in accordance with a command from the command unit 500, and the supply of power to the load is stopped.

また、図7では、全てのコンポーネントのうち、第1コンポーネント501−1と、第1コンポーネント501−1の電源線から分配された電源線をそれぞれ有する第2コンポーネント502−1乃至第2コンポーネント502−Mと、第2コンポーネント502−1乃至第2コンポーネント502−Mの電源線から分配された電源線をそれぞれ有する複数の第3コンポーネント(第3コンポーネント503−1乃至第3コンポーネント503−Nを含む)において、指令部500からの命令に従いスイッチがオフになり、負荷への電力の供給が停止されている。 In FIG. 7, among all the components, the first component 501-1 and the second component 502-1 to the second component 502- each having power supply lines distributed from the power supply lines of the first component 501-1. M and a plurality of third components each including power supply lines distributed from the power supply lines of the second component 502-1 to the second component 502-M (including the third component 503-1 to the third component 503-N) , The switch is turned off in accordance with the command from the command unit 500, and the supply of power to the load is stopped.

なお、独立して備えられているコンポーネントが存在する場合、指令部500による、当該コンポーネントが有するスイッチのオンとオフの選択は、無線信号を用いて行うようにすればよい。この場合、スイッチは、指令部500からのスイッチの状態を変更するための信号を保持する構成とすることが好ましい。 When there are components that are independently provided, the command unit 500 may select whether to turn on or off a switch of the component using a radio signal. In this case, the switch is preferably configured to hold a signal for changing the state of the switch from the command unit 500.

また、独立して備えられているコンポーネントが存在する場合、当該コンポーネントにセンサ回路を設け、センサ回路で得られたデータを無線信号により指令部500に送信するようにすればよい。 Further, when there is a component that is independently provided, a sensor circuit may be provided in the component, and data obtained by the sensor circuit may be transmitted to the command unit 500 by a wireless signal.

なお、図1乃至図4、図9及び図10に一例として示した、本発明の一態様に係る電力供給システムでは、全てのコンポーネントにおいて、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広く、電子供与体(ドナー)となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠損が低減されることにより高純度化された半導体を含むトランジスタを、電源線と負荷の電気的な接続を切り替えるためのスイッチに用いている。しかし、本発明の一態様に係る電力供給システムでは、負荷への電力の供給と、その停止との切り替えを高速で行う必要がある一部のコンポーネントについては、スイッチにおけるリーク電力の削減よりも、スイッチの高速動作を優先させても良い。具体的に、本発明の一態様では、スイッチにおけるスイッチングの制御を高速で行う必要がある一部のコンポーネントにおいて、チャネル形成領域に結晶性を有するシリコンを含むトランジスタのように、高速でスイッチングが可能なトランジスタを、スイッチに用いても良い。さらに、スイッチに高速動作が要求される一部のコンポーネントについては、チャネル形成領域に、ゲルマニウム半導体、ガリウム・ヒ素半導体、13族−15族化合物半導体などを含むトランジスタを、スイッチに用いても良い。 Note that in the power supply system according to one embodiment of the present invention illustrated as an example in FIGS. 1 to 4, 9, and 10, in all the components, the band gap is wider than silicon in the channel formation region. A transistor including a semiconductor purified by reducing impurities such as moisture or hydrogen serving as a donor (donor) and oxygen vacancies being reduced is used for switching electrical connection between a power supply line and a load. Used for switches. However, in the power supply system according to one aspect of the present invention, for some components that need to be switched between power supply to the load and its stop at high speed, rather than reducing leakage power in the switch, You may give priority to the high-speed operation of the switch. Specifically, according to one embodiment of the present invention, switching can be performed at high speed in some components that require high-speed switching control in a switch, such as a transistor including crystalline silicon in a channel formation region. A simple transistor may be used for the switch. Further, for some components for which high speed operation is required for the switch, a transistor including a germanium semiconductor, a gallium / arsenic semiconductor, a group 13-15 compound semiconductor, or the like in the channel formation region may be used for the switch.

〈トランジスタの構成について〉
本発明の一態様では、スイッチ105として機能するトランジスタのチャネル形成領域に、酸化物半導体を含む。上述したように、酸化物半導体をチャネル形成領域に含むことで、オフ電流が極めて小さいトランジスタを実現することができる。トランジスタの断面図の一例を、図8に示す。
<About transistor configuration>
In one embodiment of the present invention, an oxide semiconductor is included in a channel formation region of the transistor functioning as the switch 105. As described above, by including an oxide semiconductor in a channel formation region, a transistor with extremely low off-state current can be realized. An example of a cross-sectional view of a transistor is illustrated in FIG.

図8において、トランジスタは、絶縁表面を有する基板120上に、活性層として機能する半導体膜121と、半導体膜121上のソース電極122及びドレイン電極123と、半導体膜121、ソース電極122及びドレイン電極123上のゲート絶縁膜124と、ソース電極122及びドレイン電極123の間において、半導体膜121と重なるようにゲート絶縁膜124上に位置するゲート電極125とを有している。 In FIG. 8, a transistor includes a semiconductor film 121 functioning as an active layer over a substrate 120 having an insulating surface, a source electrode 122 and a drain electrode 123 over the semiconductor film 121, and a semiconductor film 121, a source electrode 122, and a drain electrode. A gate insulating film 124 over the gate insulating film 124 and a gate electrode 125 located on the gate insulating film 124 so as to overlap the semiconductor film 121 between the source electrode 122 and the drain electrode 123 are provided.

図8に示すトランジスタでは、半導体膜121のうち、ソース電極122及びドレイン電極123の間において、ゲート電極125と重なる領域がチャネル形成領域121cに相当する。また、半導体膜121のうちソース電極122と重なる領域がソース領域121sに相当し、半導体膜121のうちドレイン電極123と重なる領域がドレイン領域121dに相当する。 In the transistor illustrated in FIG. 8, in the semiconductor film 121, a region overlapping with the gate electrode 125 between the source electrode 122 and the drain electrode 123 corresponds to the channel formation region 121 c. A region of the semiconductor film 121 that overlaps with the source electrode 122 corresponds to the source region 121 s, and a region of the semiconductor film 121 that overlaps with the drain electrode 123 corresponds to the drain region 121 d.

本発明の一態様では、半導体膜121のうち少なくともチャネル形成領域121cに酸化物半導体が含まれていれば良いが、半導体膜121全体に酸化物半導体が含まれていても良い。 In one embodiment of the present invention, an oxide semiconductor may be included in at least the channel formation region 121c in the semiconductor film 121; however, the entire semiconductor film 121 may include an oxide semiconductor.

なお、図8では、トランジスタがシングルゲート構造である場合を例示しているが、トランジスタは、電気的に接続された複数のゲート電極を有することで、チャネル形成領域を複数有する、マルチゲート構造であっても良い。 Note that FIG. 8 illustrates the case where the transistor has a single-gate structure; however, the transistor has a multi-gate structure in which a plurality of channel formation regions are provided by including a plurality of electrically connected gate electrodes. There may be.

また、トランジスタは、ゲート電極を活性層の片側において少なくとも有していれば良いが、活性層を間に挟んで存在する一対のゲート電極を有していても良い。トランジスタが、活性層を間に挟んで存在する一対のゲート電極を有している場合、一方のゲート電極にはスイッチング(オンまたはオフ)を制御するための信号が与えられ、他方のゲート電極は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が他から与えられている状態であっても良い。後者の場合、一対の電極に、同じ高さの電位が与えられていても良いし、他方のゲート電極にのみ接地電位などの固定の電位が与えられていても良い。他方のゲート電極に与える電位の高さを制御することで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。 In addition, the transistor only needs to have at least one gate electrode on one side of the active layer, but may have a pair of gate electrodes existing with the active layer interposed therebetween. In the case where a transistor has a pair of gate electrodes present with an active layer interposed therebetween, a signal for controlling switching (ON or OFF) is given to one gate electrode, and the other gate electrode Alternatively, it may be in a floating state where it is electrically insulated, or in a state where a potential is applied from another. In the latter case, the same potential may be applied to the pair of electrodes, or a fixed potential such as a ground potential may be applied only to the other gate electrode. By controlling the level of the potential applied to the other gate electrode, the threshold voltage of the transistor can be controlled.

なお、特に断りがない限り、本明細書でオフ電流とは、nチャネル型トランジスタにおいては、ドレイン端子をソース端子とゲート電極よりも高い電位とした状態において、ソース端子の電位を基準としたときのゲート電極の電位が0V以下であるときに、ソース端子とドレイン端子の間に流れる電流のことを意味する。或いは、本明細書でオフ電流とは、pチャネル型トランジスタにおいては、ドレイン端子をソース端子とゲート電極よりも低い電位とした状態において、ソース端子の電位を基準としたときのゲート電極の電位が0V以上であるときに、ソース端子とドレイン端子の間に流れる電流のことを意味する。 Note that unless otherwise specified, off-state current in this specification refers to an n-channel transistor in which the drain terminal is higher than the source terminal and the gate electrode, and the potential of the source terminal is used as a reference. This means a current that flows between the source terminal and the drain terminal when the potential of the gate electrode is 0 V or less. Alternatively, in this specification, off-state current refers to that in a p-channel transistor, the potential of the gate electrode with respect to the potential of the source terminal in a state where the drain terminal is lower than the source terminal and the gate electrode. It means a current flowing between the source terminal and the drain terminal when the voltage is 0 V or higher.

なお、シリコン半導体よりもバンドギャップが広く、真性キャリア密度がシリコンよりも低い半導体の一例として、酸化物半導体の他に、窒化ガリウム(GaN)などの化合物半導体などがある。酸化物半導体は、窒化ガリウムとは異なり、スパッタリング法や湿式法により電気的特性の優れたトランジスタを作製することが可能であり、量産性に優れるといった利点がある。また、窒化ガリウムとは異なり、酸化物半導体は室温でも成膜が可能なため、ガラス基板上、或いはシリコンを用いた集積回路上に電気的特性の優れたトランジスタを作製することが可能である。また、基板の大型化にも対応が可能である。よって、上述したワイドギャップ半導体の中でも、特に酸化物半導体は量産性が高いというメリットを有する。また、トランジスタの性能(例えば電界効果移動度)を向上させるために結晶性の酸化物半導体を得ようとする場合でも、250℃から800℃の熱処理によって容易に結晶性の酸化物半導体を得ることができる。 Note that examples of semiconductors having a wider band gap and lower intrinsic carrier density than silicon semiconductors include compound semiconductors such as gallium nitride (GaN) in addition to oxide semiconductors. Unlike gallium nitride, an oxide semiconductor has an advantage that a transistor with excellent electrical characteristics can be manufactured by a sputtering method or a wet method, and the mass productivity is excellent. Further, unlike gallium nitride, an oxide semiconductor can be formed at room temperature; thus, a transistor with excellent electrical characteristics can be manufactured over a glass substrate or an integrated circuit using silicon. In addition, it is possible to cope with an increase in the size of the substrate. Therefore, among the above-described wide gap semiconductors, an oxide semiconductor has a merit that mass productivity is high. Even when a crystalline oxide semiconductor is obtained in order to improve transistor performance (eg, field effect mobility), a crystalline oxide semiconductor can be easily obtained by heat treatment at 250 ° C. to 800 ° C. Can do.

電子供与体(ドナー)となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠損が低減されることにより高純度化された酸化物半導体(purified OS)は、i型(真性半導体)又はi型に限りなく近い。そのため、上記酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流が著しく小さいという特性を有する。また、酸化物半導体のバンドギャップは、2eV以上、好ましくは2.5eV以上、より好ましくは3eV以上である。水分または水素などの不純物濃度が十分に低減され、なおかつ酸素欠損が低減されることにより高純度化された酸化物半導体膜を用いることにより、トランジスタのオフ電流を下げることができる。 An oxide semiconductor (purified OS) that is highly purified by reducing impurities such as moisture or hydrogen serving as an electron donor (donor) and reducing oxygen vacancies is i-type (intrinsic semiconductor) or i-type Infinitely close. Therefore, a transistor including the above oxide semiconductor has a characteristic that off-state current is extremely small. The band gap of the oxide semiconductor is 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more, more preferably 3 eV or more. By using the oxide semiconductor film which is highly purified by sufficiently reducing the concentration of impurities such as moisture or hydrogen and reducing oxygen vacancies, the off-state current of the transistor can be reduced.

具体的に、高純度化された酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタのオフ電流が小さいことは、いろいろな実験により証明できる。例えば、チャネル幅が1×10μmでチャネル長が10μmの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち1×10−13A以下という特性を得ることができる。この場合、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流は、100zA/μm以下であることが分かる。また、容量素子とトランジスタとを接続して、容量素子に流入または容量素子から流出する電荷を当該トランジスタで制御する回路を用いて、オフ電流の測定を行った。当該測定では、高純度化された酸化物半導体膜を上記トランジスタのチャネル形成領域に用い、容量素子の単位時間あたりの電荷量の推移から当該トランジスタのオフ電流を測定した。その結果、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧が3Vの場合に、数十yA/μmという、さらに小さいオフ電流が得られることが分かった。従って、高純度化された酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、オフ電流が、結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタに比べて著しく小さい。 Specifically, it can be proved by various experiments that the off-state current of a transistor in which a highly purified oxide semiconductor film is used for a channel formation region is small. For example, even in an element having a channel width of 1 × 10 6 μm and a channel length of 10 μm, when the voltage between the source electrode and the drain electrode (drain voltage) is in the range of 1V to 10V, It is possible to obtain characteristics that are below the measurement limit, that is, 1 × 10 −13 A or less. In this case, it can be seen that the off-current normalized by the channel width of the transistor is 100 zA / μm or less. In addition, off-state current was measured using a circuit in which a capacitor and a transistor were connected and charge flowing into or out of the capacitor was controlled by the transistor. In this measurement, a highly purified oxide semiconductor film was used for a channel formation region of the transistor, and the off-state current of the transistor was measured from the change in charge amount per unit time of the capacitor. As a result, it was found that when the voltage between the source electrode and the drain electrode of the transistor is 3 V, an even smaller off current of several tens of yA / μm can be obtained. Therefore, a transistor using a highly purified oxide semiconductor film for a channel formation region has significantly lower off-state current than a transistor using crystalline silicon.

酸化物半導体としては、少なくともインジウム(In)あるいは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気的特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム(Ga)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ(Sn)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム(Hf)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム(Al)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム(Zr)を含むことが好ましい。 An oxide semiconductor preferably contains at least indium (In) or zinc (Zn). In addition, it is preferable that gallium (Ga) be included in addition to the stabilizer for reducing variation in electrical characteristics of the transistor including the oxide semiconductor. Moreover, it is preferable to have tin (Sn) as a stabilizer. Moreover, it is preferable to have hafnium (Hf) as a stabilizer. Moreover, it is preferable to have aluminum (Al) as a stabilizer. Moreover, it is preferable that zirconium (Zr) is included as a stabilizer.

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)のいずれか一種または複数種を含んでいてもよい。 As other stabilizers, lanthanoids such as lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb) , Dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), or lutetium (Lu) may be included.

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるIn−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化物、Zn−Mg系酸化物、Sn−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、三元系金属の酸化物であるIn−Ga−Zn系酸化物(IGZOとも表記する)、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、Sn−Ga−Zn系酸化物、Al−Ga−Zn系酸化物、Sn−Al−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、四元系金属の酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf−Al−Zn系酸化物を用いることができる。 For example, as an oxide semiconductor, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, binary metal oxides such as In—Zn oxide, Sn—Zn oxide, Al—Zn oxide, Zn—Mg oxide Oxides, Sn—Mg oxides, In—Mg oxides, In—Ga oxides, In—Ga—Zn oxides (also referred to as IGZO) which are oxides of ternary metals, In— Al-Zn oxide, In-Sn-Zn oxide, Sn-Ga-Zn oxide, Al-Ga-Zn oxide, Sn-Al-Zn oxide, In-Hf-Zn oxide In-La-Zn-based oxide, In-Pr-Zn-based oxide, In-Nd-Zn-based oxide, In-Sm-Zn-based oxide, In-Eu-Zn-based oxide, In-Gd -Zn oxide, In-Tb-Zn oxide, In-Dy-Zn oxide, n-Ho-Zn-based oxide, In-Er-Zn-based oxide, In-Tm-Zn-based oxide, In-Yb-Zn-based oxide, In-Lu-Zn-based oxide, quaternary metal In—Sn—Ga—Zn-based oxide, In—Hf—Ga—Zn-based oxide, In—Al—Ga—Zn-based oxide, In—Sn—Al—Zn-based oxide, In— Sn-Hf-Zn-based oxides and In-Hf-Al-Zn-based oxides can be used.

なお、例えば、In−Ga−Zn系酸化物とは、InとGaとZnを含む酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以外の金属元素を含んでいてもよい。In−Ga−Zn系酸化物は、無電界時の抵抗が十分に高くオフ電流を十分に小さくすることが可能であり、また、移動度も高い。 Note that for example, an In—Ga—Zn-based oxide means an oxide containing In, Ga, and Zn, and there is no limitation on the ratio of In, Ga, and Zn. Moreover, metal elements other than In, Ga, and Zn may be included. An In—Ga—Zn-based oxide has sufficiently high resistance when no electric field is applied, and can sufficiently reduce off-state current. In addition, the In—Ga—Zn-based oxide has high mobility.

例えば、In:Ga:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)あるいはIn:Ga:Zn=2:2:1(=2/5:2/5:1/5)の原子比のIn−Ga−Zn系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、In:Sn:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)、In:Sn:Zn=2:1:3(=1/3:1/6:1/2)あるいはIn:Sn:Zn=2:1:5(=1/4:1/8:5/8)の原子比のIn−Sn−Zn系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。 For example, In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3) or In: Ga: Zn = 2: 2: 1 (= 2/5: 2/5: 1). / 5) atomic ratio In—Ga—Zn-based oxides and oxides in the vicinity of the composition can be used. Alternatively, In: Sn: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3), In: Sn: Zn = 2: 1: 3 (= 1/3: 1/6: 1) / 2) or In: Sn: Zn = 2: 1: 5 (= 1/4: 1/8: 5/8) atomic ratio In—Sn—Zn-based oxide or an oxide in the vicinity of the composition. Use it.

例えば、In−Sn−Zn系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、In−Ga−Zn系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低減することにより移動度を上げることができる。 For example, high mobility can be obtained relatively easily with an In—Sn—Zn-based oxide. However, mobility can be increased by reducing the defect density in the bulk also in the case of using an In—Ga—Zn-based oxide.

酸化物半導体膜は、例えば非単結晶を有してもよい。非単結晶は、例えば、CAAC(C Axis Aligned Crystal)、多結晶、微結晶、非晶質部を有する。非晶質部は、微結晶、CAACよりも欠陥準位密度が高い。また、微結晶は、CAACよりも欠陥準位密度が高い。なお、CAACを有する酸化物半導体を、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)と呼ぶ。 For example, the oxide semiconductor film may include a non-single crystal. The non-single crystal includes, for example, CAAC (C Axis Aligned Crystal), polycrystal, microcrystal, and amorphous part. The amorphous part has a higher density of defect states than microcrystals and CAAC. In addition, microcrystals have a higher density of defect states than CAAC. Note that an oxide semiconductor including CAAC is referred to as a CAAC-OS (C Axis Crystallized Oxide Semiconductor).

酸化物半導体膜は、例えばCAAC−OSを有してもよい。CAAC−OSは、例えば、c軸配向し、a軸または/およびb軸はマクロに揃っていない。 For example, the oxide semiconductor film may include a CAAC-OS. For example, the CAAC-OS is c-axis oriented, and the a-axis and / or the b-axis are not aligned macroscopically.

酸化物半導体膜は、例えば微結晶を有してもよい。なお、微結晶を有する酸化物半導体を、微結晶酸化物半導体と呼ぶ。微結晶酸化物半導体膜は、例えば、1nm以上10nm未満のサイズの微結晶(ナノ結晶ともいう。)を膜中に含む。 The oxide semiconductor film may include microcrystal, for example. Note that an oxide semiconductor including microcrystal is referred to as a microcrystalline oxide semiconductor. The microcrystalline oxide semiconductor film includes microcrystal (also referred to as nanocrystal) with a size greater than or equal to 1 nm and less than 10 nm, for example.

酸化物半導体膜は、例えば非晶質部を有してもよい。なお、非晶質部を有する酸化物半導体を、非晶質酸化物半導体と呼ぶ。非晶質酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質酸化物半導体膜は、例えば、完全な非晶質であり、結晶部を有さない。 For example, the oxide semiconductor film may include an amorphous part. Note that an oxide semiconductor having an amorphous part is referred to as an amorphous oxide semiconductor. An amorphous oxide semiconductor film has, for example, disordered atomic arrangement and no crystal component. Alternatively, the amorphous oxide semiconductor film is, for example, completely amorphous and has no crystal part.

なお、酸化物半導体膜が、CAAC−OS、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体の混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物半導体の領域と、CAAC−OSの領域と、を有する。また、混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物半導体の領域と、CAAC−OSの領域と、の積層構造を有してもよい。 Note that the oxide semiconductor film may be a mixed film of a CAAC-OS, a microcrystalline oxide semiconductor, and an amorphous oxide semiconductor. For example, the mixed film includes an amorphous oxide semiconductor region, a microcrystalline oxide semiconductor region, and a CAAC-OS region. The mixed film may have a stacked structure of an amorphous oxide semiconductor region, a microcrystalline oxide semiconductor region, and a CAAC-OS region, for example.

なお、酸化物半導体膜は、例えば、単結晶を有してもよい。 Note that the oxide semiconductor film may include a single crystal, for example.

酸化物半導体膜は、複数の結晶部を有し、当該結晶部のc軸が被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っていることが好ましい。なお、異なる結晶部間で、それぞれa軸及びb軸の向きが異なっていてもよい。そのような酸化物半導体膜の一例としては、CAAC−OS膜がある。 The oxide semiconductor film preferably includes a plurality of crystal parts, and the c-axis of the crystal parts is aligned in a direction parallel to the normal vector of the formation surface or the normal vector of the surface. Note that the directions of the a-axis and the b-axis may be different between different crystal parts. An example of such an oxide semiconductor film is a CAAC-OS film.

CAAC−OS膜に含まれる結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)による観察像では、CAAC−OS膜に含まれる結晶部と結晶部との境界は明確ではない。また、TEMによってCAAC−OS膜には明確な粒界(グレインバウンダリーともいう。)は確認できない。そのため、CAAC−OS膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。 In most cases, a crystal part included in the CAAC-OS film fits in a cube whose one side is less than 100 nm. Further, in the observation image obtained by a transmission electron microscope (TEM), the boundary between the crystal part and the crystal part included in the CAAC-OS film is not clear. In addition, a clear grain boundary (also referred to as a grain boundary) cannot be confirmed in the CAAC-OS film by TEM. Therefore, in the CAAC-OS film, reduction in electron mobility due to grain boundaries is suppressed.

CAAC−OS膜に含まれる結晶部は、例えば、c軸がCAAC−OS膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃い、かつab面に垂直な方向から見て金属原子が三角形状または六角形状に配列し、c軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれa軸およびb軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、80°以上100°以下、好ましくは85°以上95°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−10°以上10°以下、好ましくは−5°以上5°以下の範囲も含まれることとする。 The crystal part included in the CAAC-OS film is aligned so that, for example, the c-axis is in a direction parallel to the normal vector of the formation surface of the CAAC-OS film or the normal vector of the surface, and is perpendicular to the ab plane. When viewed from the direction, the metal atoms are arranged in a triangular shape or a hexagonal shape, and when viewed from the direction perpendicular to the c-axis, the metal atoms are arranged in layers, or the metal atoms and oxygen atoms are arranged in layers. Note that the directions of the a-axis and the b-axis may be different between different crystal parts. In this specification, the term “perpendicular” includes a range of 80 ° to 100 °, preferably 85 ° to 95 °. In addition, a simple term “parallel” includes a range of −10 ° to 10 °, preferably −5 ° to 5 °.

なお、CAAC−OS膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、CAAC−OS膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、CAAC−OS膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶質化することもある。 Note that the distribution of crystal parts in the CAAC-OS film is not necessarily uniform. For example, in the formation process of the CAAC-OS film, when crystal growth is performed from the surface side of the oxide semiconductor film, the ratio of crystal parts in the vicinity of the surface of the oxide semiconductor film is higher in the vicinity of the surface. In addition, when an impurity is added to the CAAC-OS film, the crystal part in a region to which the impurity is added becomes amorphous in some cases.

CAAC−OS膜に含まれる結晶部のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃うため、CAAC−OS膜の形状(被形成面の断面形状または表面の断面形状)によっては互いに異なる方向を向くことがある。また、結晶部は、成膜したとき、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行ったときに形成される。従って、結晶部のc軸は、CAAC−OS膜が形成されたときの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃う。 Since the c-axis of the crystal part included in the CAAC-OS film is aligned in a direction parallel to the normal vector of the formation surface of the CAAC-OS film or the normal vector of the surface, the shape of the CAAC-OS film ( Depending on the cross-sectional shape of the surface to be formed or the cross-sectional shape of the surface, the directions may be different from each other. The crystal part is formed when a film is formed or when a crystallization process such as a heat treatment is performed after the film formation. Therefore, the c-axes of the crystal parts are aligned in a direction parallel to the normal vector of the surface where the CAAC-OS film is formed or the normal vector of the surface.

CAAC−OS膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気的特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。 In a transistor using a CAAC-OS film, change in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light is small. Therefore, the transistor has high reliability.

CAAC−OS膜は、例えば、多結晶である金属酸化物ターゲットを用い、スパッタリング法によって成膜する。当該ターゲットにイオンが衝突すると、ターゲットに含まれる結晶領域がa−b面から劈開し、a−b面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することで、CAAC−OS膜を成膜することができる。 The CAAC-OS film is formed by a sputtering method using a polycrystalline metal oxide target, for example. When ions collide with the target, a crystal region included in the target may be cleaved from the ab plane and separated as flat or pellet-like sputtered particles having a plane parallel to the ab plane. In this case, the flat-plate-like sputtered particle reaches the substrate while maintaining a crystalline state, whereby a CAAC-OS film can be formed.

また、CAAC−OS膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。 In order to form the CAAC-OS film, the following conditions are preferably applied.

成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、処理室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素および窒素など)を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−80℃以下、好ましくは−100℃以下である成膜ガスを用いる。 By reducing the mixing of impurities during film formation, the crystal state can be prevented from being broken by impurities. For example, the impurity concentration (hydrogen, water, carbon dioxide, nitrogen, etc.) existing in the treatment chamber may be reduced. Further, the impurity concentration in the deposition gas may be reduced. Specifically, a deposition gas having a dew point of −80 ° C. or lower, preferably −100 ° C. or lower is used.

また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を100℃以上740℃以下、好ましくは200℃以上500℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。 Further, by increasing the substrate heating temperature during film formation, migration of sputtered particles occurs after reaching the substrate. Specifically, the film is formed at a substrate heating temperature of 100 ° C. to 740 ° C., preferably 200 ° C. to 500 ° C. By increasing the substrate heating temperature at the time of film formation, when the flat sputtered particles reach the substrate, migration occurs on the substrate, and the flat surface of the sputtered particles adheres to the substrate.

また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100体積%とする。 In addition, it is preferable to reduce plasma damage during film formation by increasing the oxygen ratio in the film formation gas and optimizing electric power. The oxygen ratio in the deposition gas is 30% by volume or more, preferably 100% by volume.

ターゲットの一例として、In−Ga−Zn系酸化物ターゲットについて以下に示す。 As an example of the target, an In—Ga—Zn-based oxide target is described below.

InO粉末、GaO粉末およびZnO粉末を所定のmol数比で混合し、加圧処理後、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるIn−Ga−Zn系酸化物ターゲットとする。なお、X、YおよびZは任意の正数である。ここで、所定のmol数比は、例えば、InO粉末、GaO粉末およびZnO粉末が、2:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3または3:1:2である。なお、粉末の種類、およびその混合するmol数比は、作製するターゲットによって適宜変更すればよい。 In-Ga-Zn which is polycrystalline by mixing InO X powder, GaO Y powder and ZnO Z powder at a predetermined mol number ratio, and after heat treatment at a temperature of 1000 ° C. to 1500 ° C. A system oxide target is used. X, Y and Z are arbitrary positive numbers. Here, the predetermined mole number ratio is, for example, 2: 2: 1, 8: 4: 3, 3: 1: 1, 1: 1: 1, 4 for InO X powder, GaO Y powder, and ZnO Z powder. : 2: 3 or 3: 1: 2. In addition, what is necessary is just to change suitably the kind of powder, and the mol number ratio to mix with the target to produce.

100 電力供給システム
101−L乃至101−1 コンポーネント
102 指令部
103 電源線
104 負荷
105 スイッチ
120 基板
121 半導体膜
121c チャネル形成領域
121d ドレイン領域
121s ソース領域
122 ソース電極
123 ドレイン電極
124 ゲート絶縁膜
125 ゲート電極
200 電力供給システム
201−1乃至201−L 第1コンポーネント
202−1 第1指令部
202−2 第2指令部
203 電源線
204 負荷
205 スイッチ
206−1乃至206−M 第2コンポーネント
300 電力供給システム
301−1乃至301−L 第1コンポーネント
302−1 第1指令部
302−2 第2指令部
302−3 第3指令部
306−1乃至306−M 第2コンポーネント
307−1乃至307−N 第3コンポーネント
400 電力供給システム
500 指令部
501−1乃至501−L 第1コンポーネント
502−1乃至502−M 第2コンポーネント
503−1乃至503−N 第3コンポーネント
700 センサ回路
901 センサ回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Power supply system 101-L thru | or 101-1 Component 102 Command part 103 Power supply line 104 Load 105 Switch 120 Substrate 121 Semiconductor film 121c Channel formation area 121d Drain area 121s Source area 122 Source electrode 123 Drain electrode 124 Gate insulating film 125 Gate electrode 200 Power supply system 201-1 to 201-L First component 202-1 First command unit 202-2 Second command unit 203 Power line 204 Load 205 Switch 206-1 to 206-M Second component 300 Power supply system 301 -1 to 301-L First component 302-1 First command unit 302-2 Second command unit 302-3 Third command unit 306-1 to 306-M Second component 307-1 to 307-N Third component Cement 400 power supply system 500 command unit 501-1 to 501-L first component 502-1 to 502-M second component 503-1 to 503-N third component 700 sensor circuit 901 the sensor circuit

Claims (10)

指令部と、
第1のコンポーネントと、
第2のコンポーネントと、
第1のセンサ回路と、を有し、
前記第1のコンポーネントは、第1の電源線、第1の負荷、及び第1のスイッチを有し、
前記第2のコンポーネントは、第2の電源線、第2の負荷、及び第2のスイッチを有し、
前記第1のスイッチは、前記第1の電源線と前記第1の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記第2のスイッチは、前記第2の電源線と前記第2の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記指令部は、前記第1のセンサ回路の出力に応じて前記第1のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第1のセンサ回路の出力に応じて前記第2のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、を有し、
前記第1のスイッチは、前記第1のセンサ回路の出力に応じて前記第1のスイッチがオフであるとき、前記第1の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第2のスイッチは、前記第1のセンサ回路の出力に応じて前記第2のスイッチがオフであるとき、前記第2の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第1のスイッチまたは前記第2のスイッチは、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタを有する電力供給システム。
A command section;
A first component;
A second component;
A first sensor circuit ,
The first component includes a first power line, a first load, and a first switch,
The second component includes a second power line, a second load, and a second switch;
The first switch has a function of switching a conduction state between the first power line and the first load;
The second switch has a function of switching a conduction state between the second power supply line and the second load;
The command unit controls the on / off of the first switch according to the output of the first sensor circuit, and the on / off of the second switch according to the output of the first sensor circuit. A function to control off, and
The first switch has a function of holding the charge accumulated in the first load when the first switch is off according to the output of the first sensor circuit,
The second switch has a function of holding the charge accumulated in the second load when the second switch is off according to the output of the first sensor circuit,
The first switch or the second switch includes a transistor including a semiconductor having a wider band gap than silicon in a channel formation region.
指令部と、A command section;
第1のコンポーネントと、A first component;
第2のコンポーネントと、A second component;
第1のセンサ回路と、A first sensor circuit;
第2のセンサ回路と、を有し、A second sensor circuit;
前記第1のコンポーネントは、第1の電源線、第1の負荷、及び第1のスイッチを有し、The first component includes a first power line, a first load, and a first switch,
前記第2のコンポーネントは、第2の電源線、第2の負荷、及び第2のスイッチを有し、The second component includes a second power line, a second load, and a second switch;
前記第1のスイッチは、前記第1の電源線と前記第1の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、The first switch has a function of switching a conduction state between the first power line and the first load;
前記第2のスイッチは、前記第2の電源線と前記第2の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、The second switch has a function of switching a conduction state between the second power supply line and the second load;
前記指令部は、前記第1のセンサ回路の出力に応じて前記第1のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第2のセンサ回路の出力に応じて前記第2のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、を有し、The command unit controls the on / off of the first switch according to the output of the first sensor circuit, and the on / off of the second switch according to the output of the second sensor circuit. A function to control off, and
前記第1のスイッチは、前記第1のセンサ回路の出力に応じて前記第1のスイッチがオフであるとき、前記第1の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、The first switch has a function of holding the charge accumulated in the first load when the first switch is off according to the output of the first sensor circuit,
前記第2のスイッチは、前記第2のセンサ回路の出力に応じて前記第2のスイッチがオフであるとき、前記第2の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、The second switch has a function of holding electric charge accumulated in the second load when the second switch is off according to an output of the second sensor circuit.
前記第1のスイッチまたは前記第2のスイッチは、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタを有する電力供給システム。The first switch or the second switch includes a transistor including a semiconductor having a wider band gap than silicon in a channel formation region.
請求項1または請求項2において、
前記第1の電源線は前記第2の電源線に電気的に接続されている電力供給システム。
In claim 1 or claim 2 ,
The power supply system wherein the first power line is electrically connected to the second power line.
求項1乃至請求項3のいずれか一において
前記第1のセンサ回路は、前記第1の負荷の利用環境または周囲環境の変化を監視する機能を有する電力供給システム。
In any of Motomeko 1 to claim 3,
Said first sensor circuit, a power supply system that have a function of monitoring a change in the first load of the use environment or the ambient environment.
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記第1のセンサ回路は、光センサ、磁気センサ、マイクロフォン、歪みゲージ、圧力センサ、ガスセンサ、または温度センサを有する電力供給システム。
In any one of Claims 1 thru | or 4 ,
The first sensor circuit includes a light sensor, a magnetic sensor, a microphone, a strain gauge, a pressure sensor, a gas sensor, or a temperature sensor.
第1の指令部と、
第2の指令部と、
第3の指令部と、
第1のコンポーネントと、
第2のコンポーネントと、
第3のコンポーネントと、
第4のコンポーネントと、
第1のセンサ回路と、
第2のセンサ回路と、
第3のセンサ回路と、
第4のセンサ回路と、
を有し、
前記第1のコンポーネントは、第1の電源線、第1の負荷、及び第1のスイッチを有し、
前記第2のコンポーネントは、第2の電源線、第2の負荷、及び第2のスイッチを有し、
前記第3のコンポーネントは、第3の電源線、第3の負荷、及び第3のスイッチを有し、
前記第4のコンポーネントは、第4の電源線、第4の負荷、及び第4のスイッチを有し、
前記第1のスイッチは、前記第1の電源線と前記第1の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記第2のスイッチは、前記第2の電源線と前記第2の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記第3のスイッチは、前記第3の電源線と前記第3の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記第4のスイッチは、前記第4の電源線と前記第4の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記第1の指令部は、前記第1のセンサ回路の出力に応じて前記第1のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第2のセンサ回路の出力に応じて前記第2のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第3のセンサ回路の出力に応じて前記第3のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第4のセンサ回路の出力に応じて前記第4のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、を有し、
前記第2の指令部は、前記第1のセンサ回路の出力に応じて前記第1のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第2のセンサ回路の出力に応じて前記第2のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、を有し、
前記第3の指令部は、前記第3のセンサ回路の出力に応じて前記第3のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第4のセンサ回路の出力に応じて前記第4のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、を有し、
前記第1のスイッチは、前記第1のセンサ回路の出力に応じて前記第1のスイッチがオフであるとき、前記第1の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第2のスイッチは、前記第2のセンサ回路の出力に応じて前記第2のスイッチがオフであるとき、前記第2の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第3のスイッチは、前記第3のセンサ回路の出力に応じて前記第3のスイッチがオフであるとき、前記第3の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第4のスイッチは、前記第4のセンサ回路の出力に応じて前記第4のスイッチがオフであるとき、前記第4の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、または前記第4のスイッチは、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタを有する電力供給システム。
A first command unit;
A second command unit;
A third command section;
A first component;
A second component;
A third component;
A fourth component;
A first sensor circuit;
A second sensor circuit;
A third sensor circuit;
A fourth sensor circuit;
Have
The first component includes a first power line, a first load, and a first switch,
The second component includes a second power line, a second load, and a second switch;
The third component includes a third power line, a third load, and a third switch,
The fourth component includes a fourth power line, a fourth load, and a fourth switch,
The first switch has a function of switching a conduction state between the first power line and the first load;
The second switch has a function of switching a conduction state between the second power supply line and the second load;
The third switch has a function of switching a conduction state between the third power supply line and the third load;
The fourth switch has a function of switching a conduction state between the fourth power line and the fourth load;
The first command unit has a function of controlling on or off of the first switch in accordance with an output of the first sensor circuit, and the second switch in accordance with an output of the second sensor circuit. A function for controlling on / off of the third switch, a function for controlling on / off of the third switch according to the output of the third sensor circuit, and the fourth according to the output of the fourth sensor circuit . A function of controlling on or off of the switch, and
The second command unit has a function of controlling on or off of the first switch in accordance with an output of the first sensor circuit, and the second switch in accordance with an output of the second sensor circuit. A function of controlling on or off of the
The third command unit has a function of controlling on or off of the third switch in accordance with an output of the third sensor circuit, and the fourth switch in accordance with an output of the fourth sensor circuit. A function of controlling on or off of the
The first switch has a function of holding the charge accumulated in the first load when the first switch is off according to the output of the first sensor circuit,
The second switch has a function of holding electric charge accumulated in the second load when the second switch is off according to an output of the second sensor circuit.
The third switch has a function of holding the charge accumulated in the third load when the third switch is off according to the output of the third sensor circuit,
The fourth switch has a function of holding the charge accumulated in the fourth load when the fourth switch is off according to the output of the fourth sensor circuit.
The first switch, the second switch, the third switch, or the fourth switch includes a transistor including a semiconductor having a wider band gap than silicon in a channel formation region.
請求項において、
前記第1の電源線は前記第2の電源線に電気的に接続されている電力供給システム。
In claim 6 ,
The power supply system wherein the first power line is electrically connected to the second power line.
請求項または請求項において、
前記第1の電源線は前記第3の電源線に電気的に接続されている電力供給システム。
In claim 6 or claim 7 ,
The power supply system, wherein the first power supply line is electrically connected to the third power supply line.
求項乃至請求項のいずれか一において、
前記第1のセンサ回路は、前記第1の負荷の利用環境または周囲環境の変化を監視する機能を有する電力供給システム。
Motomeko 6 to place any one of claims 8,
Said first sensor circuit, a power supply system that have a function of monitoring a change in the first load of the use environment or the ambient environment.
請求項6乃至請求項9のいずれか一において、
前記第1のセンサ回路は、光センサ、磁気センサ、マイクロフォン、歪みゲージ、圧力センサ、ガスセンサ、または温度センサを有する電力供給システム。
In any one of Claims 6 thru | or 9 ,
The first sensor circuit includes a light sensor, a magnetic sensor, a microphone, a strain gauge, a pressure sensor, a gas sensor, or a temperature sensor.
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